Ethernet bis in die Reihenklemme

摘要

Es gibt viele verschiedene Ansatze, mit denen Ethernet echtzeitfahig gemacht werden soll: so wird z.B. das Zugriffsverfahren CSMA/CD durch uberlagerte Protokollschichten ausser Kraft gesetzt und durch ein Zeitscheibenverfahren oder durch Polling ersetzt; andere Vorschlage sehen spezielle Switches vor, die Ethernet Pakete zeitlich prazise kontrolliert verteilen. Diese Losungen mogen Datenpakete mehr oder weniger schnell und exakt zu den angeschlossenen Ethernet Knoten transportieren - die Zeiten, die fur die Weiterleitung zu den Ausgangen oder Antriebsreglern und fur das Einlesen der Eingangsdaten benotigt werden, sind jedoch stark implementierungsabhangig. Speziell bei modularen E/A-Systemen kommt hier in der Regel noch ein Sub-Bus hinzu, der wie der Beckhoff K-Bus zwar synchronisiert und schnell sein kann, jedoch prinzipbedingt stets kleine Verzogerungen zur Kommunikation hinzufugt. Wenn fur jeden Teilnehmer individuelle Ethernet Frames Verwendung finden, so ist zudem die Nutzdatenrate prinzipiell sehr gering: Das kurzeste Ethernet Frame ist 84 Bytes lang (incl. Inter Packet Gap IPG). Wenn z.B. ein Antrieb zyklisch 4 Bytes Istwert und Status sendet und entsprechend 4 Bytes Sollwert und Kontrollwort empfangt, so wird bei 100% Buslast (also unendlich kurzer Antwortzeit des Antriebs) nur eine Nutzdatenrate von 4/84= 4,7% erreicht. Bei durchschnittlich 10 μs Antwortzeit sinkt die Rate schon auf 1,9%. Diese Limitierungen gelten fur alle Echtzeit-Ethernet Ansatze, die an jeden Teilnehmer ein Ethernet Frame senden bzw. erwarten - und zwar unabhangig von den verwendeten Protokollen innerhalb des Ethernet Frames.